KR100938671B1

KR100938671B1 - 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치

Info

Publication number: KR100938671B1
Application number: KR1020070124014A
Authority: KR
Inventors: 유정근; 김준웅
Original assignee: 주식회사 시오스
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2010-01-25
Also published as: KR20090056731A

Abstract

본 발명은 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주변 온도 변화에 상관없이 측정에 요구되는 일정한 구동온도가 유지되도록 함으로써 이산화탄소 측정의 정확도 및 신뢰성을 높일 수 있는 온도 보상 및 제어가 가능한 전기화학식 이산화탄소 측정기에 관한 것이다.

본 발명의 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치는 고체전해질, 상기 고체전해질의 양측에 각각 형성되는 기준전극 및 감지전극, 상기 기준전극 및 감지전극과 각각 연결되어 연장되는 한 쌍의 기전력리드선을 포함하여 구성되는 이산화탄소센서; 상기 이산화탄소센서의 일측에 구비되며 전압을 인가하는 한 쌍의 전압인가리드선이 형성된 가열수단; 상기 이산화탄소센서에 근접하게 구비되며 제1센서리드선이 연장되는 제1센서; 상기 기전력리드선, 전압인가리드선, 및 제1센서리드선에 의해 상기 이산화탄소센서, 가열수단, 및 제1센서와 전기적으로 연결되는 전기회로기판; 및 상기 제1센서리드선과 전기회로기판이 본딩된 접점에 근접하게 구비되는 제2센서; 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치는 이산화탄소센서에 근접하여 위치한 제1센서와, 제1센서리드선과 전기회로기판의 본딩 부위에 위치한 제2센서를 이용하여 이산화탄소센서에 필요한 일정한 구동온도를 유지함으로써 외부 환경의 변화가 심한 상황에서도 이산화탄소 농도 측정의 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치는 실내용뿐만 아니라 실내외 공기정화기, 에어컨을 포함하는 가전제품, 건물 공조 제어, 및 요식업분야 등에 사용가능하여 구비되는 장소에 따른 제약을 낮춤으로써 이산화탄소센서의 사용영역을 넓힐 수 있는 장점이 있다.

이산화탄소센서, 고체전해질, 감지전극, 기준전극, 온도

Description

온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치{THE DEVICE OF MEASURING CARBON DIOXIDE}

이산화탄소는 대기 중에서 화학적으로 매우 안정한 기체로서 지구 온난화를 발생시키는 주원인으로, 상기 환경문제를 비롯하여 건물의 실내 공조 및 원예를 위하여 상기 이산화탄소 농도 조절의 필요성이 증가되고 있으며, 이에 따라 대기 중에 존재하는 이산화탄소 가스의 농도를 측정하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 대기 중에 존재하는 이산화탄소 가스의 농도를 측정하는 방법으로 광학적인 방법(NDIR 방식)을 가장 많이 사용하고 있는데, 이 방식은 이산화탄소가 특정파장의 적외선만을 흡수하는 원리를 이용하여 적외선의 흡수정도를 측정함으로서 이산화탄소 농도를 측정하는 방식이다.

이 장치는 선택성과 정량성 및 재현성이 우수하다는 장점이 있으나, 측정을 위해서 밀폐된 공간이 필요하며 구성요소들과 필터들의 물리적인 크기 때문에 부피가 크고 매우 무겁다는 문제점이 있다. 또한 구동부 및 측정소자가 매우 고가이며 제어를 위한 처리부의 구성이 복잡하므로 전체적인 측정 장비의 가격이 높을 수밖에 없어 그 용도가 매우 다양함에도 불구하고 광범위하게 활용되고 있지 못하고 있다. 특히 열악한 환경에 노출될 경우 광학계가 오염되기 쉽기 때문에 사용범위가 실내로 제한되는 단점이 있다.

이산화탄소 농도를 측정하기 위한 또 다른 방식으로는 SnO₂ 혹은 TiO₂ 등의 반도체 화합물을 이용한 반도체형 가스 센서를 예로 들 수 있다. 상기 반도체형 가스 센서는 가스 입자가 반도체 화합물의 표면에 흡착되었을 때 나타나는 저항변화를 통해 가스의 농도를 측정하는 원리로, 작은형태의 센서 제작이 가능하다는 장점이 있으나, 흡착되는 서로 다른 종류의 가스입자를 구분하기가 어렵기 때문에 가스 선택성이 현저히 떨어지는 단점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 고체전해질을 이용한 가스 측정기가 제시된 바 있으며, 상기 고체전해질을 이용한 가스 측정기는 단순한 구조를 갖으며 작은 소자 형태의 센서제작이 가능 할 뿐 만 아니라, 특정한 가스만 선택적으로 감지하 는 감지전극을 이용함으로써 가스선택성을 높이고 가스농도의 정량적인 측정이 가능하다는 장점이 있다. 또한 가격이 저렴할 뿐만 아니라 산화물을 사용하기 때문에 극한 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

상기 고체전해질을 이용한 가스 측정기는 1970년대 Gauthier와 Chamberland의 탄산칼륨염을 이용한 이산화탄소센서 연구 이래, 발전을 거듭하여 나시콘(NASICON),리시콘(LISICON), 베타 알루미나(NBA) 등의 고체 전해질과 결합된 기전력형 이산화탄소센서가 수년간 활발히 연구, 개발되어왔다.

그러나 이와 같이 많은 장점을 가진 고체전해질을 이용한 전기화학식 이산화탄소 측정기임에도 광범위하게 상용화되지 못하는 가장 큰 이유는 상기 고체전해질을 이용한 전기화학식 이산화탄소 측정기의 원활한 동작을 위해서는 고온의 일정 구동온도 유지가 필수적인데, 주변온도의 급격한 변화와 히터 내부와 주변 온도와의 큰 온도차이로 인해 일정한 구동 온도를 유지하는 것이 매우 어려워, 상기 온도 편차에 따른 센서의 출력신호가 바뀌게 되므로 이산화탄소 농도 측정의 정확도가 저하되고 신뢰성에 악 영향을 끼치게 되기 때문이다.

더욱 상세하게, 종래의 전기화학식 이산화탄소 측정기는 감지하고자 하는 가스와 열역학적 평형 반응이 일어나는 혼합 탄산염상 및 귀금속 막을 감지전극으로 하고, 이산화탄소와의 반응이 없으면서도 넓은 이산화탄소 농도 범위, 넓은 온도 범위에서 전해질과 기준전극 계면에서의 Na₂O 활동도를 일정하게 고정시킬 수 있는 금속산화물/산화물 혼합상을 기준전극으로 채용한 갈바닉 전지셀(Type Ⅲ)이 주로 사용되어져 왔다. 이러한 갈바닉 전지구조의 이산화탄소 감지 센서는 전해질의 양면에 위치한 전극에서 측정된 기전력이 주변의 이산화탄소 가스의 농도에 따라 네른스트(Nernst) 식에 의해 변화되는 원리를 따르고, 적정 구동온도 (350℃∼550℃)에서 이산화탄소 가스 분압에 상당히 안정적인 측정값(EMF) 거동을 보여준다.

그러나 이와 같은 원리에 기반을 둔 이산화탄소 측정기는 구동온도가 항시 일정하게 유지될 때, 이산화탄소 농도에 따라 일정한 기전력값이 나타나게 되는데 구동온도가 일정치 않으면 농도에 의한 신호 변화가 아니라 온도 변화에 따른 신호변화를 유발하게 된다. 이것은 측정하고자 하는 가스 농도에 대한 잘못된 정보를 보여줄 수 있기 때문에 실제로 사용하는 데 큰 걸림돌이 되고 있다.

구동온도 변화에 따른 센서 기전력 측정값의 변화를 다음의 예를 들어 설명해 보면, 앞서의 이산화탄소 가스의 감지를 위한 갈바닉 전지셀(Type Ⅲ)에 대한 네른스트 식은

, (여기서 E₀ = 일정 온도에서 주어지는 열역학적 물질 상수, R=8.3144 (J/molK), T=구동온도(℃), F=96440 (C/mol), P_CO2=이산화탄소 농도) 와 같이 나타낼 수 있다. 위의 식을 통해 주변 이산화탄소 농도가 500ppm으로 일정하다고 가정하고, 구동온도 499℃와 500℃하에서의 기전력 편차를 이론적으로 계산해 보면 약 1.094mV의 차이가 유발된다. 이것은 실제로 사용되는 주변 환경의 온도가 10℃이상 차이가 나게 되면 그 기전력 값의 차이는 10mV이상 벌어져 정밀한 이산화탄소 농도 측정이 불가능하게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이산화탄소센서에 근접하여 위치한 제1센서와, 제1센서리드선과 전기회로기판의 본딩 부위에 위치한 제2센서를 이용하여 온도 변화가 심한 환경에서도 이산화탄소센서의 구동온도를 일정하게 유지할 수 있어 온도 변화에 따른 신뢰성 저하를 방지할 수 있는 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치를 제공하는 것이다.

또한, 상기 전기회로기판은 상기 제1센서 및 제2센서로부터 측정된 측정값을 비교하여 온도 오차를 보정하고, 그 결과에 따라 상기 가열수단의 구동온도 또는 가열시간을 조절하는 제어부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제1센서는 접촉식 서모커플(Thermocouple)인 것을 특징으로 하고, 상기 제1센서로부터 측정된 기전력은 상기 제어부로 전송되기 이전에 증폭 및 필터링되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제2센서는 서미스터(Thermistor)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열수단은 일측 면에 백금(Pt)이 스크린 프린팅된 일정 패턴이 형성된 기판을 이용하며, 상기 전압인가리드선은 상기 패턴의 양 단부에 연결되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 이산화탄소 측정장치는 상기 이산화탄소센서, 가열수단, 및 제1센서가 하우징의 내부에 구비되는 것을 특징으로 하고, 상기 이산화탄소 측정장치는 상기 제2센서가 외부로 노출되지 않도록 보호수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치는 이산화탄소센서에 근접하여 위치한 제1센서와, 제1센서리드선과 전기회로기판의 본딩 부위에 위치한 제2센서를 이용하여 이산화탄소센서에 필요한 일정한 구동온도를 유지함으로써 외부 환경의 변화가 심한 상황에서도 이산화탄소 농도 측정의 정확도 를 높일 수 있는 장점이 있다.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치(100)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 측정장치(100)의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 측정장치(100)의 다른 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 가열수단(20)의 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 제어부(61)의 작동 개략도이며, 도 5는 본 발명에 따른 제어부(61)의 다른 작동 개략도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 이산화탄소 측정장치(100)는 이산화탄소센서(10), 가열수단(20), 제1센서(30), 전기회로기판(60) 및 제2센서(50)를 포함하여 형성된다.

상기 이산화탄소센서(10)는 고체전해질(12), 상기 고체전해질(12)의 양측에 각각 형성되는 기준전극(13) 및 감지전극(14), 상기 기준전극(13) 및 감지전극(14)과 각각 연결되어 연장되는 한 쌍의 기전력리드선(11)을 포함하여 구성된다.

상기 이산화탄소센서(10)는 갈바닉 전지구조에서 전해질의 양면에 구비된 감지전극(14) 및 기준전극(13)에서 측정된 기전력이 주변의 이산화탄소 가스의 농도에 따라 네른스트(Nernst) 식에 의해 변화되는 원리를 따르고 있으며, 상기 이산화탄소센서(10)를 구성하는 고체전해질(12)은 알칼리 이온(리튬 이온, 나트륨 이온, 칼륨이온) 전도체가 이용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 NBA(Na₂Oㆍ11Al₂O₃), 나시콘(NASICON : Na_1+XZr₂Si_XP_3-XO₁₂), 베타 알루미나(β-alumina : Na₂Oㆍχ Al₂O₃), Na₂CO₃, Li₂CO₃, K₂CO₃와 같은 알칼리금속 탄산염, Li₃PO₄나 LIPON(Lithium Phosphorous OxyNitride), LISICON(Li_1+yZr2Si_yP_3-yO₁₂), 또는 이들의 혼합물이 이용될 수 있다.(상기 X, Y는 독립적으로 각각 1~2의 상수이다)

또한 감지전극(14)의 구성 물질은 탄산염으로 Na₂CO₃, BaCO₃, Li₂CO₃, SrCO₃, CaCO₃, Cs₂CO₃, MnCO₃, MgCO₃, K₂CO₃, Rb₂CO₃, CuCO₃ 또는 이들의 혼합물이 이용될 수 있으며, 더욱 바람직하게 BaCO₃, Na₂CO₃, Li₂CO₃, K₂CO₃ 또는 이들의 혼합물이 이용될 수 있다.

마지막으로 상기 기준전극(13)의 구성 물질은 Na₂ZrO₃-ZrO₂, Na₂MoO₄-MoO₃, Na₂WO₄-WO₃, Na₂SnO₃-SnO₂, Na₂Ti₆O₁₃-TiO₂, Na₂Ti₆O₁₃-Na₂Ti₃O₇, Na₂Si₂O₅-SiO₂, Na₂Si₂O₅-Na₂Si₁O₃, Na₂Ge₄O₃-GeO₂, Li₂TiO₃-TiO₂, LiCoO₂-Co₃O₄, 또는 이들의 혼합물이 이용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 Na₂Ti₆O₁₃-TiO₂, LiCoO₂-Co₃O₄, Li₂TiO₃-TiO₂, 또는 이 들의 혼합물이 이용될 수 있다.

상기 고체전해질(12)을 이용한 이산화탄소센서(10)는 단순한 구조를 가지고 있어 작은 형태의 센서 제작이 가능하고 생산비용이 낮은 장점이 있으며, 특정 가스만 선택적으로 감지하는 감지전극(14)을 이용함으로써 가스선택성을 높이고 가스농도의 정량적인 측정이 가능한 장점이 있다.

그러나 상기 이산화탄소센서(10)의 올바른 측정을 위해서는 전해질의 이온전도도가 높아야하며, 이산화탄소 가스와 전극간의 평형 반응을 유지해야하므로 이산화탄소 측정장치(100)는 400~500℃ 정도의 고온을 유지하는 가열수단(20)이 요구되며, 종래의 이산화탄소 측정장치(100)는 상기 이산화탄소센서(10)에 근접하여 위치하는 센서를 통해 이를 감지하고 상기 가열수단(20)의 작동을 제어하게 된다.

그러나 상기 가열수단(20)이 인가되는 전압에 의해 국부적인 저항열을 이용하는 경우에, 미세한 전압의 차이에도 온도 편차를 유발할 수 있으며, 상기 온도 편차는 궁극적으로 이산화탄소 측정장치(100)의 농도측정의 정확도를 저해하게 된다.

또한, 이산화탄소 측정장치(100)가 실내 환경을 모니터링 하기 위해 사용되는 경우에 실제 측정되는 장소의 온도 변화폭이 상온에서 크게 변화되지 않지만, 실외 환경을 모니터링 하기 위해 사용되는 경우에는 주변 온도의 변화폭이 커 정확한 측정이 더욱 어려워지게 된다.

본 발명은 외부의 온도 변화와는 상관없이 온도 보정을 통해 가열수단(20)의 구동온도 또는 가열시간 등을 조절하여 보다 정밀한 이산화탄소 농도의 측정이 가 능하도록 하는 것으로 아래에서 그 구동에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

상기 가열수단(20)은 상기 이산화탄소센서(10)의 일측에 구비되며 전압을 인가하는 한 쌍의 전압인가리드선(21)이 형성된다.

상기 가열수단(20)은 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 일측 면에 백금(Pt)이 스크린 프린팅되어 일정 패턴이 형성된 기판을 이용할 수 있으며, 상기 전압인가리드선(21)은 상기 패턴의 양 단부에 연결된다. 이 때, 상기 패턴은 스크린 프린팅이 용이하도록 백금(Pt)을 포함하는 페이스트(Paste)를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 제1센서(30)는 이산화탄소센서(10)에 근접하게 구비되어 온도를 측정하는 수단으로 제1센서리드선(31)이 연장되어 상기 제1센서(30)로부터 감지되는 기전력을 전송하게 된다.

상기 도 1 및 도 2에서, 상기 제1센서(30) 및 이산화탄소센서(10)는 상기 가열수단(20)의 일측면에 구비되는 예를 나타낸 것으로서, 상기 제1센서(30)의 위치는 상기 도 1 및 도 2에 도시된 부분 외에도 상기 이산화탄소센서(10)에 근접하게 위치되어 상기 이산화탄소센서(10)의 구동온도를 측정할 수 있는 곳이라면 다양하게 형성될 수 있다.

이 때, 상기 제1센서(30)는 상기 가열수단(20)에 의한 고온에서도 내열성을 가지며, 상기 제1센서(30)에 부착되어 온도 감지의 정확도를 높일 수 있도록 접촉식 서모커플(Thermocouple)인 것이 바람직하다.

상기 전기회로기판(60)은 상기 기전력리드선(11), 전압인가리드선(21), 및 제1센서리드선(31)에 의해 상기 이산화탄소센서(10), 가열수단(20), 및 제1센 서(30)와 전기적으로 연결되는 수단이다.

상기 제2센서(50)는 상기 제1센서리드선(31)과 상기 전기회로기판(60)이 본딩된 접점(B)에 근접하게 구비된다.

상기 전기회로기판(60)은 일반적으로 높은 온도에서 구동이 용이하지 않으므로, 상기 전기회로기판(60)은 상기 가열수단(20)에 의한 영향을 최소화할 수 있도록 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 이산화탄소 측정장치(100)는 상기 이산화탄소센서(10), 가열수단(20), 및 제1센서(30)가 하우징(40) 내부에 구비된다.

이에 따라, 상기 제2센서(50)는 -40~150℃ 범위의 온도측정이 가능하고 비교적 저렴한 서미스터(Thermistor)가 이용될 수 있으며, 상기 제2센서(50)의 형성 위치는 상기 제1센서리드선(31)과 전기회로기판(60)이 본딩되는 접점(B)의 온도를 측정할 수 있도록 실현가능한 범위에서 가장 근접하게 형성되도록 하여 보다 정확한 온도 보정이 이루어질 수 있도록 한다.

한편, 상기 제1센서(30)는 감지되는 장소(A) 및 상기 제1센서리드선(31)이 전기회로기판(60)에 연결된 접점(B)의 온도 차이가 큰 경우에 상기 제1센서(30)로부터 감지되는 온도(기전력값)에도 실제값과는 차이가 발생되므로, 본 발명은 상기 제1센서리드선(31)이 상기 전기회로기판(60)에 본딩된 접점에 근접하여 제2센서(50)가 구비되고, 상기 전기회로기판(60)은 상기 제1센서(30) 및 제2센서(50)로부터 측정된 측정값을 비교하여 온도 오차를 보정하고, 그 결과에 따라 상기 가열수단(20)의 구동온도 또는 가열시간을 조절하는 제어부(61)가 형성된다.

또한, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(61)는 상기 제1센서(30) 및 제2센서(50)로부터 측정된 측정값을 비교하여야 하나 상기 제1센서(30)로서 서모커플이, 제2센서(50)로 서미스터가 이용이 되는 경우에, 상기 서모커플은 상기 서미스터에 비해 온도에 따른 기전력 변화가 매우 미세하여 비교가 용이하게 이루어지지 않을 가능성이 있으므로 상기 제1센서(30)(서모커플)로부터 측정된 기전력은 상기 제어부(61)로 전송되기 이전에 증폭 및 필터링되는 것이 바람직하다.

상기 전기회로기판(60)의 상기 제어부(61)는 측정값 비교, 온도 오류 확인, 가열수단(20) 제어 등의 기능을 수행하기 위해 PID 제어(Proportional Integral Derivative Control)를 적용할 수 있으며, 상기 가열수단(20)의 온도제어는 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 상기 가열수단(20)의 전압인가리드선(21)을 통해 인가되는 전류가 흐르는 시간을 조절하여 제어하고, 이에 따라 일정한 온도를 유지할 수 있도록 한다.

또한, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2센서(50)를 보호하는 보호수단(70)이 더 구비될 수 있으며, 상기 보호수단(70)은 상기 도 2에 도시한 형태 외에도 상기 제2센서(50)를 보호할 수 있는 수단이라면 다양하게 적용가능하다.

상기 도 1 및 도 2에 도시한 이산화탄소 측정장치(100)는 상기 이산화탄소센서(10)의 상면에 가열수단(20)이 형성되고 하면에 제1센서(30)가 부착형성된 예를 도시하였으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 해당되며, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발 명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

[실시예]

본 발명의 실시예는 도 2에 도시한 형태의 이산화탄소 측정장치(100)이며, 상기 이산화탄소센서(10)의 고체산화물은 NBA(Na₂Oㆍ11Al₂O₃)으로, 감지전극(14)은 BaCO₃와 Na₂CO₃의 혼합물으로, 기준전극(13)은 Na₂Ti₆O₁₃와TiO₂의 혼합물로 형성되고, 상기 가열수단(20)은 이산화탄소센서(10)와 접촉되는 면에 백금이 일정한 패턴으로 스크린 프린팅되며, 상기 이산화탄소센서(10)에 근접하게 접촉식 서모커플이 구비되고, 전기회로기판(60)에 서미스터가 형성된 이산화탄소 측정장치(100)를 항온 항습실 내에서 이산화탄소 농도를 451ppm으로, 상대습도를 50%로 유지하며, 20℃∼25℃∼30℃의 온도 변화에 따른 이산화탄소센서(10)의 측정값을 실험하였다.

상기 실시예의 비교예로서 상기 접촉식 서모커플 및 서미스터가 구비되지 않으나, 다른 조건은 동일한 이산화탄소 측정장치(100)의 이산화탄소센서(10) 측정값을 실험하였다.

도 6은 종래의 이산화탄소 측정장치(100)의 주변 온도 변화에 따른 이산화탄소 농도 변화를 측정한 그래프이며, 도 7은 본 발명에 따른 이산화탄소 측정장치(100)의 주변 온도 변화에 따른 이산화탄소 농도 변화를 측정한 그래프로,

상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 가열수단(20)에 정전압만을 인가해주어 일정한 구동온도를 유지하는 비교예는 주변 온도가 변화함에 따라 상기 이산화탄소 센서(10)로부터 측정되는 신호값(CO₂ 농도)에도 변화가 유발됨을 확인할 수 있다.

이에 반해, 본 발명의 이산화탄소 측정장치(100)의 실시예는 상기 도 7에 도시된 바와 같이, 주변 온도 변화에 맞추어 실제 센서의 구동 온도를 보상 제어해 주기 때문에 일정한 출력 신호값(CO₂ 농도)을 나타냄을 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 측정장치의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 측정장치의 다른 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 가열수단의 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 제어부의 작동 개략도.

도 5는 본 발명에 따른 제어부의 다른 작동 개략도.

도 6은 종래의 이산화탄소 측정장치의 주변 온도 변화에 따른 이산화탄소 농도 변화를 측정한 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 이산화탄소 측정장치의 주변 온도 변화에 따른 이산화탄소 농도 변화를 측정한 그래프.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100 : 본 발명에 따른 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치

10 : 이산화탄소센서 11 : 기전력리드선

12 : 고체전해질 13 : 기준전극

14 : 감지전극

20 : 가열수단 21 : 전압인가리드선

30 : 제1센서 31 : 제1센서리드선

40 : 하우징

50 : 제2센서

60 : 전기회로기판 61 : 제어부

70 : 보호수단

Claims

고체전해질(12), 상기 고체전해질(12)의 양측에 각각 형성되는 기준전극(13) 및 감지전극(14), 상기 기준전극(13) 및 감지전극(14)과 각각 연결되어 연장되는 한 쌍의 기전력리드선(11)을 포함하여 구성되는 이산화탄소센서(10);

상기 이산화탄소센서(10)의 일측에 구비되며 전압을 인가하는 한 쌍의 전압인가리드선(21)이 형성된 가열수단(20);

상기 이산화탄소센서(10)에 근접하게 제1센서리드선(31)이 연장되며, 상기 이산화탄소센서(10)의 구동 온도를 측정하는 제1센서(30);

상기 기전력리드선(11), 전압인가리드선(21), 및 제1센서리드선(31)에 의해 상기 이산화탄소센서(10), 가열수단(20), 및 제1센서(30)와 전기적으로 연결되는 전기회로기판(60); 및

상기 제1센서리드선(31)과 전기회로기판(60)이 본딩된 접점에 근접하게 구비되며, 주변 온도를 측정하는 제2센서(50); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 전기회로기판(60)은

상기 제1센서(30) 및 제2센서(50)로부터 측정된 측정값을 비교하여 온도 오 차를 보정하고, 그 결과에 따라 상기 가열수단(20)의 구동온도 또는 가열시간을 조절하는 제어부(61)가 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치.
제2항에 있어서,

상기 제1센서(30)는 접촉식 서모커플(Thermocouple)인 것을 특징으로 하는 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치.
제3항에 있어서,

상기 제1센서(30)로부터 측정된 기전력은 상기 제어부(61)로 전송되기 이전에 증폭 및 필터링되는 것을 특징으로 하는 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 제2센서(50)는 서미스터(Thermistor)인 것을 특징으로 하는 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치.
제2항에 있어서,

상기 가열수단(20)은 일측 면에 백금(Pt)이 스크린 프린팅된 일정 패턴이 형성된 기판을 이용하며, 상기 전압인가리드선(21)은 상기 패턴의 양 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치.
제2항에 있어서,

상기 이산화탄소 측정장치(100)는 상기 이산화탄소센서(10), 가열수단(20), 및 제1센서(30)가 하우징(40)의 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치.
제2항에 있어서,

상기 이산화탄소 측정장치(100)는 상기 제2센서(50)가 외부로 노출되지 않도록 보호수단(70)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 온도 보상 및 제어가 가능한 이산화탄소 측정장치.